Sürtünme karıştırma kaynağı: Çelik levha gibi yüksek ergime noktalı malzemelerin düşük maliyetle kaynağı

Yayın tarihi:

2025-06-11

Honda, seri üretim ürünlerinde çelik ve alüminyum alaşımını sürtünme karıştırma kaynağıyla birleştirmeye uygun teknoloji geliştirdi. Japonya Tohoku Üniversitesi ve Hitachi, çelik ve titanyum gibi yüksek ergime noktalı metalleri kaynaklayabilen kobalt alaşımlı bir karıştırma ucu geliştirdi. Önceden seri üretim düzeyinde yalnızca alüminyum, bakır ve magnezyum alaşımları gibi düşük ergime noktalı metallerle sınırlı olan sürtünme karıştırma kaynağının (FSW: Friction Stir Welding) kullanımı çelik gibi daha yüksek ergime noktalı metallere yayılmaya başladı*1.

*1 Standart atmosfer basıncında alüminyumun erime noktası 660℃, bakırın 1083℃, magnezyumun 651℃'dir. Demirinki 1539℃, titanyumunki ise 1727℃ kadar yüksektir.

Sürtünme ısısı metali yumuşatarak viskoz sıvı haline getirir

Sürtünme karıştırma kaynağı; silindirik ucunda çıkıntı (karıştırma pimi) bulunan bir karıştırma takımının, alın alına veya üst üste yerleştirilmiş iki levhanın (ana malzemenin) kaynaklanacak bölgesine üstten döndürülerek bastırılması ve iki levhanın birlikte kaynaklanması teknolojisidir.

Dönen karıştırma pimiyle levha arasındaki sürtünme ısısı, pimin çevresindeki metali kıvamlı bir sıvı gibi yumuşatır; dönen pim bu sayede levhaya girer. Böylece pim çevresindeki yumuşamış metaller karışır (plastik akış oluşur) ve iki metal levha bütünleşir; ya da iki levhanın birleşme yüzeyinde metalik bağ oluşarak ikisi tek bütün haline gelir.

Eskiden yüksek sıcaklığa dayanıklı karıştırma başlığı eksikti

Sürtünme karıştırma kaynağının dört avantajı vardır: （1）Ana malzemeyi eritmeden kaynak yapılabildiğinden (katı faz kaynağı), kaynak sonrası deformasyon ve kaynak kusurları azdır; böylece ürün kalitesi artırılıp maliyet düşürülebilir. （2）Ergitme kaynağına göre enerji tasarrufludur. （3）Koruyucu gaz gerektirmez. （4）Gürültüsü azdır ve toz üretmez. Ayrıca farklı malzemelerin kaynaklanmasında da çok etkilidir; bu nedenle sektörün yoğun ilgisini çekmektedir. Her bölge için uygun malzeme seçilerek hafifletme gibi sonuçlar elde edilmesi beklenir*2. Ancak yazının başında belirtildiği gibi, önceden seri üretim düzeyinde sürtünme karıştırma kaynağı yapılabilen malzemeler düşük erime noktalı metallerle sınırlıydı.

*2 Sürtünme karıştırma kaynağı, ana malzemeyi eriten sıvı faz kaynağına, yani ergitme kaynağına göre daha düşük sıcaklıkta yapılır; kaynak koşulları ayarlanarak ısı girdisi kolayca kontrol edilebilir. Böylece kaynak mukavemetinin düşmesinin başlıca nedeni olan metaller arası bileşiklerin oluşumu kolayca azaltılabilir. Metaller arası bileşik tabakasının kalınlığı azaltılarak kaynak bölgesinin mukavemeti artırılabilir. Sürtünme karıştırma kaynağında aşırı karıştırma yapılırsa yine çok miktarda metaller arası bileşik oluşur.

Sürtünme karıştırma kaynağının önceden yalnızca düşük erime noktalı metallerde kullanılmasının nedeni, seri üretime uygun, ucuz ve yüksek sıcaklığa dayanıklı karıştırma takımının bulunmamasıydı. Alüminyum alaşımında sürtünme karıştırma kaynağı yapılırken genellikle takım çeliği gibi demir-çelik malzemelerden üretilmiş takımlar kullanılır. Bu takımla çelik veya titanyum alaşımı gibi yüksek erime noktalı metaller kaynaklanırken metalleri yumuşatacak yüksek sıcaklık bölgesinde takım da yumuşar; ağır aşınma nedeniyle kullanılamaz hale gelir. Seramik ve tungsten-renyum alaşımı gibi demir dışı malzemelerden takımlar geliştirilmiş olsa da fiyatları çok yüksektir ve seri üretime uygun değildir.

Karıştırmaya gerek kalmadan çeliğin taze yüzeyini açığa çıkarabilir

Honda'nın çelik ve alüminyum alaşımını sürtünme karıştırma yöntemiyle kaynaklamak için geliştirdiği teknoloji, üst üste bindirilmiş çelik ve alüminyum alaşımı ana malzemeleri birleştirmede kullanılır. En belirgin özelliği çeliği karıştırmadan yalnızca alüminyum alaşımını karıştırmasıdır (Şekil 1'deki alt görsel). Böylece karıştırma takımının aşırı ısınması önlenebilir.

Çeliği karıştırmadan çelikle alüminyum alaşımının kaynaklanabilmesinin nedeni, aralarında metalik bağ oluşmasıdır. Başka bir deyişle bu teknoloji çeliği karıştırmaz; çelik yüzeyindeki kaplama ve oksit filmini kaldırır. Böylece çeliğin taze yüzeyi açığa çıkar ve karıştırmayla etkinliği artırılan alüminyum alaşımıyla metalik bağ oluşturur. Bu metalik bağ çelikle alüminyum alaşımını bütünleştirir*3.

*3 Çelikle alüminyum alaşımı arasına su gibi maddeler girdiğinde bimetalik korozyon (elektrokorozyon) oluşur. Bu teknoloji, çelik ve alüminyum alaşımı arasına silisyum filmi yerleştirerek bu olguyu önler.

Honda, Kuzey Amerika pazarına yönelik yeni “Accord” modelinin ön yardımcı şasisinde bu teknolojiyi kullanmış ve çeşitli sonuçlar elde etmiştir (Şekil 2). Daha açık olarak, önceki çelik yardımcı şasiye göre ağırlık %25 azaltılmanın yanında kaynak sırasında elektrik tüketimi yaklaşık %50 düşürülmüştür. Ayrıca bu teknolojiyle yardımcı şasi ile süspansiyon bağlantı bölgesinin yapısı değiştirilerek bağlantı bölgesinin rijitliği %20 artırılmış; böylece aracın dinamik performansının iyileştirilmesine katkı sağlanmıştır.

Yeni malzemelerle uygulama alanlarının genişletilmesi

Diğer yandan Tohoku Üniversitesi, Hitachi ve Hitachi Metals Precision Instruments şirketi, yüksek sıcaklığa dayanabilen ve daha düşük fiyatlı bir karıştırma takımı geliştirerek sürtünme karıştırma kaynağının uygulama alanını genişletti (Şekil 3). Takımın malzemesi Tohoku Üniversitesi ve Hitachi tarafından ortak geliştirildi; bu malzeme ve takımın (döküm parçanın) seri üretim teknolojisi ise Hitachi ile Hitachi Metals Precision tarafından ortaklaşa başarıyla geliştirildi. Takım çelik, titanyum ve zirkonyum alaşımı gibi yüksek erime noktalı metallerin sürtünme karıştırma kaynağında kullanılabilir; satışa 2013 sonbaharında başlanması planlanmıştır. Hitachi Metals Precision Instruments “fiyat ileride görüşülecek” dese de seri üretim düzeyinde kullanılabilecek bir fiyat aralığı belirleneceği tahmin edilmektedir.

Tohoku Üniversitesi ve diğer kuruluşların sürtünme karıştırma kaynağı takımı için geliştirdiği malzeme, içinde yüksek sıcaklıkta da yüksek mukavemetini koruyan metaller arası bileşiklerin dağıldığı bir kobalt alaşımıdır. Daha açık olarak, kobalt esaslı alaşımda Co3（Al，W） dağılmıştır. Temel nokta, Co3（Al，W） bileşiğini nasıl eşit ve ince dağıtmak, dağılım miktarını ve tane sınırı biçimini istenen duruma yaklaştırmaktır. Bunun için daha uygun bileşim ve ısıl işlem yöntemleri kullanılmıştır.

Bu karıştırma takımı için şu anda düşünülen malzemeler karbon çeliği, yüksek dayanımlı çelik, titanyum alaşımları (Ti-6Al-4V vb.), saf titanyum ve bakır alaşımlarıdır. Mukavemet ve kalınlık gibi nedenlerle bazı malzemelerde bu takımın kullanımı güç olsa da genel olarak kaynak hedefi, sürtünme karıştırma kaynağında takım sıcaklığının (birleşme sıcaklığının) en fazla yaklaşık 1000℃ olduğu malzemelerdir.

Önceki sayfa

Metal gövdelerin ömrünü uzatan kendini onaran korozyon önleyici Jufudun başarıyla geliştirildi

FCSE | Öncü araştırma: Güneş ışığıyla çalışan “kendini onaran” korozyon önleyici kaplama

Sonraki sayfa

Önceki sayfa:

Metal gövdelerin ömrünü uzatan kendini onaran korozyon önleyici Jufudun başarıyla geliştirildi

Sonraki sayfa:

FCSE | Öncü araştırma: Güneş ışığıyla çalışan “kendini onaran” korozyon önleyici kaplama

İlgili haberler

2026 yılı talaşlı imalat ürün tanıtımı: Wuhan Kaiming Yüksek Teknoloji'nin profesyonel mekanik ekipman metal yüzey onarım çözümleri

2026-08-15

2026 talaşlı imalat çalışma ilkelerinin ayrıntılı açıklaması: profesyonel mekanik ekipman metal yüzey onarımına ilişkin pratik bilimsel bilgiler

2026-07-31

2026 yılında talaşlı imalatta sık karşılaşılan sorunların kapsamlı açıklaması: süreç arızalarının giderilmesi ve verimli optimizasyon için pratik kılavuz

2026-07-16

2026 yılında talaşlı imalatın tüm sürecinde dikkat edilecek noktalar: maliyeti düşürmek, kaliteyi yükseltmek ve arızalardan kaçınmak için pratik kılavuz

2026-07-01

2026 talaşlı imalatın tüm sektörlerdeki uygulama senaryolarına genel bakış: tamamlayıcı metal yüzey onarımıyla maliyeti düşürme ve verimliliği artırma kılavuzu

2026-06-16

2026 talaşlı imalat sektöründeki son gelişmeler ve haberler: İmalat işletmelerinde teknolojik yükseltme, maliyet düşürme ve verimlilik artışının kapsamlı analizi

2026-06-01

Şurada paylaş

Listeye dön